Soy farmacéutico y, en mi trabajo, la precisión de mi balanza es fundamental para preparar fórmulas magistrales. Por esta razón, la recalibran cada año. La última vez que encargué una recalibración, me explicaron que en el 2019 había cambiado la definición de kilogramo en el Sistema Internacional de Unidades. Ahora, la definición de esta unidad de peso que se utiliza en todo el mundo se basa en una constante universal, la constante de Planck, que juega un papel fundamental en la física cuántica.

Los resultados de una medición son probabilísticos: no tenemos manera de saber qué pasará cuando midamos una sola partícula, pero podemos calcular con precisión la probabilidad de cada posible resultado.

Aplicaciones: números aleatorios. De hecho, es la única manera de obtener números completamente aleatorios. Los números aleatorios tienen aplicaciones en criptografía y en simulación de sistemas complejos (previsiones meteorológicas, mercado financiero, etc.).

Una spin-off del ICFO, Quside, inventó un generador de números aleatorios basado en la física cuántica.

Cada día compartimos una gran cantidad de información privada (datos personales, financieros o de salud) que podría ser interceptada: los protocolos criptográficos que actualmente la protegen pueden fallar frente a ordenadores más potentes que los actuales.​

Una solución proviene de la física cuántica, que permite diseñar protocolos criptográficos capaces de resistir ataques de cualquier ordenador (presente o futuro). Basándose en importantes avances en tecnología cuántica, QSNP tiene como objetivo acelerar la integración y el despliegue a gran escala de comunicaciones seguras frente a la computación cuántica en las redes de telecomunicaciones de Europa.​

QSNP es un proyecto europeo del programa Quantum Flagship coordinado por el ICFO que reúne a más de 40 socios incluidos centros de investigación, universidades y empresas, entre ellas spin-offs del ICFO como Quside y LuxQuanta para desarrollar, integrar y desplegar tecnologías de comunicación seguras de próxima generación en toda Europa.​

Foto: Uno de los laboratorios del ICFO donde se desarrollan las tecnologías para la criptografía cuántica

La física cuántica describe los sistemas microscópicos, mientras que la física clásica explica el comportamiento de los objetos cotidianos. Cómo y por qué los efectos cuánticos desaparecen a gran escala sigue siendo una cuestión abierta. Comprender este límite es crucial tanto para la ciencia fundamental como para la ingeniería, ya que las tecnologías cuánticas deben preservar el comportamiento cuántico mientras interactúan con un entorno clásico.​

El ICFO alberga algunos de los lugares más fríos de la Tierra, donde los átomos se enfrían hasta temperaturas de solo centésimas de nanokelvin por encima del cero absoluto, más frío que el espacio profundo.​

Solo unos pocos laboratorios en el mundo pueden reproducir estas condiciones extremas, atrapando átomos en pequeñas cámaras de vacío para estudiar las frágiles propiedades cuánticas que emergen cuando la materia está lo más fría y quieta posible.

Muchos de los principios de la física cuántica desafían el sentido común (por ejemplo, las partículas deben tener propiedades bien definidas) u otras teorías físicas (no es posible realizar una acción a distancia instantáneamente). Por esta razón, los físicos se preguntaban si la teoría cuántica estaba incompleta.

John Bell puso fin a este debate filosófico diseñando un experimento que permitiría excluir posibles explicaciones alternativas a la física cuántica que no desafiaban la intuición.

A partir de los años ochenta, se llevaron a cabo numerosos tests de Bell que confirmaron la validez de la física cuántica.

Algunas predicciones de las teorías científicas pueden requerir años de investigación y pruebas antes de ser confirmadas. Por ejemplo, pasaron más de cuarenta años entre la formulación teórica del láser y su fabricación, o entre la predicción de la existencia del bosón de Higgs y su detección.

¿Y si hubieran perdido la esperanza años atrás y no lo hubieran encontrado? ¿Hasta qué límite es sensato invertir dinero y esfuerzo en confirmar una teoría cuando hay tantos retos sociales que requieren inversiones inmediatas?

Un debate abierto en la física cuántica es su interpretación. La más común y antigua (1925-1927) es la interpretación de Copenhague (que hemos utilizado en las Tarjetas Informativas). Sin embargo, existen otras interpretaciones, como la de los muchos mundos (aprox. 1960), que sugiere que cuando realizamos una medición, todos los resultados posibles aparecen en universos paralelos, aunque nosotros solo observamos uno.​

Uno de los problemas de estas interpretaciones es que no está claro si pueden verificarse experimentalmente.

Sus aplicaciones en todos los campos de la actividad humana cambiarán radicalmente nuestras vidas, como ya lo hicieron en su momento la electricidad y la electrónica. Debemos invertir tanto como podamos en su desarrollo, para hacerlas comercialmente viables lo antes posible. 

No hay que dejarse engañar por promesas ilusorias. Hemos llegado muy lejos con las tecnologías clásicas y todavía nos queda mucho camino por recorrer: mantenemos la inversión actual en tecnologías cuánticas. Dejemos que los científicos hagan su trabajo y que sigan investigando, concentrándonos en mantener y mejorar las tecnologías que ya tenemos. 

La investigación en física cuántica y sus aplicaciones es positiva, pero ahora mismo tenemos otros problemas mucho más importantes y urgentes, como el hambre, la pobreza, las guerras y el terrorismo. Mantengamos la investigación, pero invirtamos nuestro dinero para buscar soluciones a los grandes problemas que tiene nuestra sociedad actualmente.  

Las tecnologías cuánticas son muy prometedoras, pero para hacerlas efectivas es necesario tener un conocimiento sólido de sus bases. Hay que invertir en investigación fundamental: una mejor comprensión de los fundamentos de la física cuántica llevará de forma natural al desarrollo de sus aplicaciones.